Нобелівська премія з медицини 2016 року нагороджує роботу з аутофагії для науки
Нобелівську премію в галузі медицини за 2016 рік отримав Йосінорі Осумі з Японії за його роботу з аутофагії, механізму, за допомогою якого клітина самоперетравлюється або навіть руйнує себе, щоб захистити тіло.
Автофагія - це процес, який дозволяє клітині споживати та переробляти власні компоненти, коли зовнішні умови погані, і навіть знищувати себе, коли вона хвора. Нобелівську премію 2016 року щойно отримав Йосінорі Осумі з Японії з Технологічного інституту в Токіо, який вивчав її механізми.
Коли у еукаріотичної клітини - з ядром, як у тварин, рослин чи дріжджів - не вистачає поживних речовин, вона пристосовується, розщеплюючи внутрішньоклітинні елементи, виробляючи ті, що необхідні для її життєдіяльності. А коли він інфікований або раковий, він може таким же чином усунути свої дефектні або потенційно токсичні складові, або навіть знищити себе, щоб захистити весь організм. Це робиться шляхом «самоперетравлення» через процес, який називається аутофагією. Цей механізм бере участь у декількох патологіях: ракові захворювання, неврологічні та інфекційні захворювання.
Клітина складається з безлічі спеціалізованих клітинних відділів, одним з яких є лізосоми. У цих кислотних пухирцях травні ферменти розщеплюють і руйнують всілякі молекули: білки, ліпіди, цукри, складові генетичного матеріалу тощо. Таким чином, лізосоми є одним з найважливіших елементів аутофагії. Їх відкриття отримало бельгійця Крістіана де Дюве Нобелівську премію з медицини в 1974 році.
Але в 1960-х роках інші вчені спостерігали в клітинах наявність везикул, вміст яких погіршувався після їх злиття з лізосомою. Вони є переносниками клітинних елементів, що підлягають руйнуванню, або аутофагосом. Таким чином, аутофагія проходить у два етапи: коли аутофагосома формується в клітині, вона блокує елементи, які підлягають руйнуванню або токсичності, а потім зливається з лізосомою, яка їх перетравлює. Потім отримані молекули вивільняються в клітину для можливого повторного використання. Таким чином клітина підтримує і відновлює себе, особливо якщо їй на мить не вистачає енергії або поживних речовин.
Коли аутофагосома формується в клітині, вона блокує елементи, що підлягають руйнуванню, а потім зливається з лізосомою, яка їх перетравлює.
Коли він відкрив свою лабораторію в 1988 році, Йосінорі Осумі в першу чергу цікавив розпад білків у вакуолях дріжджів, які відповідають лізосомам людських клітин. Дріжджі - одна з найбільш широко використовуваних експериментальних моделей для ідентифікації генів, що беруть участь у функціонуванні еукаріотичних клітин. Але на той час не було відомо, чи існує аутофагія в дріжджах, оскільки клітина була настільки маленькою, що було неможливо розрізнити її складові під мікроскопом.
Тоді Осумі думав "назад": він вирішив зупинити процес елімінації аутофагосом лізосомами. Для цього він створив дріжджі-мутанти, у вакуолях яких відсутні травні ферменти, і позбавив їх їжі, щоб вони викликали аутофагію для переробки своїх компонентів і виживання. Тож за кілька годин у голодуючих дріжджах він спостерігав десятки аутофагосом, що накопичувались у лізосомах, які зростали і зростали. Осумі щойно довів існування аутофагії у дріжджів, а головне, тепер він міг вивчати гени, що беруть участь у цьому механізмі.
При випадковому введенні мутацій у гени дріжджів (за допомогою хімічної речовини, яка називається мутагеном), якщо будь-який з генів аутофагії зазнає впливу, аутофагосоми більше не накопичуються в лізосомах, які потім уже не видно під мікроскопом. За допомогою цього методу Осумі вдалося виявити 15 генів, необхідних для аутофагії. Потім він охарактеризував відповідні білки: всі вони беруть участь у народженні та зростанні аутофагосоми. Японський дослідник опублікував ці результати в 1992 році. З тих пір кілька команд показали, що в клітинах людини беруть участь одні й ті самі актори.
У чому сенс такого механізму переробки? Зараз ми знаємо, що аутофагія бере участь у багатьох клітинних функціях. У разі стресу або голоду це дозволяє клітині швидко відновлювати паливо, чекаючи кращих умов. При зараженні бактерією або вірусом аутофагосома може «вловити» чужорідний агент, який потім руйнується в лізосомах. Подібним чином, коли елемент клітини стає шкідливим, токсичним або досягає кінця свого життя (наприклад, білки, які функціонують лише протягом декількох годин або кількох днів), аутофагія допомагає очиститися. Таким чином, це відіграватиме роль у клітинному старінні і з віком стане менш ефективним.
Цей процес також бере участь в ембріональному розвитку. Доведено, що це має важливе значення для виживання мишей-діток відразу після народження. Це пов’язано з тим, що немовлята більше не отримують поживних речовин від своїх матерів, як тільки відривається плацента, тому аутофагія потрібна в різних органах, таких як серце, легені або шкіра.
Список можна продовжувати і продовжувати ... Ми також знаємо, що відсутність аутофагії призводить до накопичення білкових агрегатів у клітинах, особливо тих, що не діляться, або лише мало, наприклад, нейронів та клітин печінки. Крім того, розповсюдження аутофагосом, не деградованих лізосомами, є ознакою, спільною для різних патологій: хвороби Альцгеймера, Паркінсона, Крейцфельдта-Якоба та хореї Хантінгтона. У нейронах пацієнтів аутофагія може бути менш ефективною. Цей процес також був пов’язаний з різними типами раку.
Протягом 50 років і особливо після результатів Осумі, які пролили світло на механізм аутофагії, ми шукали нові терапевтичні молекули, які могли б модулювати цей клітинний процес, загальний для всіх клітин. Самотравлення, щоб вижити чи померти, сьогодні в центрі уваги, і дослідники все ще вивчають його.